(57)【要約】【課題】三相３レベル変換回路で、素子故障時の保護回路として、各相アームにヒューズを挿入する方式があるが、ヒューズは大型で且つ高価であると共に、配線インダクタンスが増加し、損失が増加する。【解決手段】双方向の半導体スイッチを用いた３レベル電力変換回路の半導体素子故障時の運転を続行するため、半導体スイッチ又はダイオードの主電流が流れる各相アームの正極側又は負極側、又は双方向の半導体スイッチの一方の端子側に、電気的に開放する開放手段を設け、故障素子を直流電源から切離すようにする。この開放手段は、電源短絡電流の検出による能動的な作用、過熱による物性的変化を利用した作用に基づいた構造的な手法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流から交流又は交流から直流に電力変換する電力変換回路であって、2個直列接続された直流電源と、前記直流電源と並列接続されるそれぞれダイオードを逆並列接続した第１及び第2の半導体スイッチを直列接続した半導体スイッチ直列回路と、前記半導体スイッチ直列回路の直列接続点と前記直流電源の直列接続点との間に接続される双方向性の半導体スイッチと、で構成した電力変換回路において、前記半導体スイッチ又はダイオードが故障又は破壊した場合に、前記半導体スイッチ又はダイオードの主電流が流れる各相アームの正極側又は負極側、又は前記双方向性の半導体スイッチの一方の端子側に、電気的に開放する開放手段を設けたことを特徴とする３レベル電力変換回路システム。
【請求項２】
前記開放手段は、前記故障又は破壊した半導体チップによって流れる電源短絡電流検知手段からの信号により、作動することを特徴とする請求項1に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項３】
前記開放手段は、故障又は破壊した半導体スイッチ又はダイオードの過熱現象を利用して作動することを特徴とする請求項1に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項４】
前記開放手段は、前記半導体チップ直下に接続される導電体を、前記半導体チップから電気的に絶縁して設置することにより実現することを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項５】
前記開放手段は、前記導電体を電気的に絶縁するために、前記導電体に接続されたアクチュエータを用いて、前記導電体を物理的に移動させることにより実現することを特徴とする請求項４に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項６】
前記アクチュエータとして、電磁力を利用した機器又は形状記憶合金を利用することを特徴とする請求項５に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項７】
前記開放手段は、前記半導体チップから直流電源部又は交流出力部に配線する導体に設けることを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項８】
前記開放手段は、半導体チップと直流電源部もしくは交流出力部を配線する導体を少なくとも２分割にし、２分割された第１と第２の導体間に第３の導電体を設け、前記第３の導電体を前記第３の導電体に接続されたアクチュエータを用いて物理的に移動させ、第１と第２の導体を絶縁することを特徴とする請求項７に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項９】
前記アクチュエータとして、機械的ばね、磁石、電磁石、又は形状記憶合金を利用することを特徴とする請求項８に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１０】
前記開放手段は、前記半導体チップと他回路へ配線する電極とを、電気的に導通させるために用いられる機械的な加圧手段を取り除き、その排除によって前記半導体チップと前記電極とを電気的に絶縁することを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１１】
前記機械的な加圧手段は、板ばねとすることを特徴とする請求項１０に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１２】
前記開放手段は、前記半導体チップと直流電源部もしくは交流出力部を配線する導体を少なくとも２分割し、２分割された第１と第２の導体間を、電気的に導通させるために用いられる機械的な加圧手段を取り除き、その排除によって前記第１の導体と前記第２の導体とを電気的に絶縁することを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１３】
前記機械的な加圧手段は板ばねとすることを特徴とする請求項１２に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１４】
前記開放手段は、前記半導体チップの直下に充填された物質が、前記半導体チップの過熱によって、変形、融解又は昇華することにより実現することを特徴とする請求項３に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１５】
前記半導体チップの過熱によって変形、融解又は昇華する物質として、形状記憶合金、低融点の金属又は導電性接着剤を利用することを特徴とする請求項１４に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１６】
前記開放手段は、前記半導体チップから外部へ配線される導体が、前記半導体チップの過熱によって金属の熱物性値の変化に伴い変形する現象を利用することを特徴とする請求項３に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１７】
前記開放手段は、前記半導体チップから外部へ配線される導体の一部が、前記半導体チップの過熱によって、変形、融解又は昇華することで実現することを特徴とする請求項３に記載の３レベル電力変換回路システム。
【請求項１８】
前記半導体チップの過熱によって変形、融解又は昇華する物質として、形状記憶合金、低融点の金属又は導電性接着剤を利用することを特徴とする請求項１７に記載の３レベル電力変換回路システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機駆動を目的とした３レベル電力変換回路システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に、直流から交流に電力変換する３レベルインバータの回路構成例を示す。直流電源１と２が直列に接続され、正極電位をＰ、負極電位をＮ、中点電位をＭとする。一般に本直流電源を交流電源システムより構成する場合は、図示していない整流器と大容量の電解コンデンサを２直列接続などによって構成することが可能である。
【０００３】
ダイオードＤ１が逆並列接続されたＩＧＢＴＴ１とダイオードＤ２が逆並列接続されたＩＧＢＴＴ２とを直列接続したＵ相用直列回路と、ダイオードＤ３が逆並列接続されたＩＧＢＴＴ３とダイオードＤ４が逆並列接続されたＩＧＢＴＴ４とを直列接続したＶ相用直列回路と、ダイオードＤ５が逆並列接続されたＩＧＢＴＴ５とダイオードＤ６が逆並列接続されたＩＧＢＴＴ６とを直列接続したＷ相用直列回路が、直流電源１と２の直列回路と並列に接続され、３相ブリッジインバータ回路を構成する。Ｕ相用直列回路の直列接続点Ｕと直流電源１と２の接続点Ｍには逆阻止形ＩＧＢＴＴ７とＴ８を逆並列接続したＵ相用双方向スイッチが、Ｖ相用直列回路の直列接続点Ｖと直流電源１と２の接続点Ｍには逆阻止形ＩＧＢＴＴ９とＴ１０を逆並列接続したＶ相用双方向スイッチが、Ｗ相用直列回路の直列接続点Ｗと直流電源１と２の接続点Ｍには逆阻止形ＩＧＢＴＴ１１とＴ１２を逆並列接続したＷ相用双方向スイッチが、各々接続される。また、直列接続点Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷である電動機１０に接続される。ここで双方向スイッチとしては、逆耐圧を有しないＩＧＢＴとダイオードとを組み合わせた構成でも実現できる。
【０００４】
本回路構成とすることで、電動機１０に印加される電位は、Ｐ電位、Ｎ電位、及びＭ電位を出力することが可能となるため、３レベル出力のインバータとなる。図１４に出力電圧（Ｖｏｕｔ）波形例を示す。直流電圧０、Ｅｄ１、Ｅｄ１＋Ｅｄ２の３つのレベルの電圧を出力できる。本方式は２レベルタイプのインバータに対して、低次の高調波成分が少ないことや、スイッチ素子のスイッチング損失が低減できることから、高効率システムの構築が可能となる。
【０００５】
図１５にＩＧＢＴを駆動するゲート駆動回路と、ゲート駆動信号を生成する制御回路を含めた１相分のシステム図を示す。１１ａ〜１１ｄがゲート駆動回路で各ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間に接続され、制御回路１２からのゲート駆動信号１３ａ〜１３ｄによってＩＧＢＴをオンオフ制御する。また、ダイオード１４ａ〜１４ｄは各ＩＧＢＴのコレクタ部の電位を検出する目的で接続され、ゲート駆動回路内の検出回路１５ａ〜１５ｄによって、対応するＩＧＢＴ又はダイオードが故障したことによって流れる電源短絡電流（アーム短絡電流）の検知を行う。その際、制御回路１２へは故障検出信号１６ａ〜１６ｄを出力する。
【０００６】
図１６はアーム短絡電流を検出する別の方式で、図１６（ａ）がＩＧＢＴチップに内蔵のセンスＩＧＢＴ１７を利用し、その電流値を検出する方式（実際は直列に抵抗１８を接続してその両端電圧を検出する）である。図１６（ｂ）はＩＧＢＴと直列にシャント抵抗１９を接続してその両端の電圧値を検出する方式である。両方式ともアーム短絡電流によって抵抗の両端に発生した過大な電圧を検出することで検知を行う。
【０００７】
例えば図２２（ａ）の状態（ＩＧＢＴＴ３とＴ５からＩＧＢＴＴ７を介して、電圧Ｅｄ１を電動機に供給している状態）で、同図（ｂ）のように中間側素子であるＩＧＢＴＴ７又はＴ８が故障した時に、同図（ｃ）のようにＩＧＢＴＴ１がターンオンすると、過大な電源短絡電流２２が流れる。一般にＩＧＢＴは１０μｓ程度は電源短絡電流に対して非破壊保証されているため、正常なＩＧＢＴであるＴ１のゲート駆動回路によって１０μｓ以内に電源短絡電流を検知し、ゲート遮断を行えば、２次被害が発生しない。
【０００８】
また、同様に図２３（ａ）〜（ｃ）は、メイン側素子であるＶ相のＩＧＢＴＴ３又は逆並列接続されたダイオードＤ３が故障した時の保護動作を示している。この場合はＶ相のＩＧＢＴＴ９のゲート駆動回路により保護される。
【０００９】
即ち、保護動作が行われたゲート駆動回路からの故障検出信号によって、どのアームの半導体素子が故障したかが判る。
図２４に中間電位（Ｍ）側素子が破壊した場合の動作で、インバータ運転の続行が可能となる退避動作を説明する。この場合、破壊していない相の中間素子を全てオフし、メイン側の素子のみでインバータ運転を行うシステムとなる。本システムは中間素子がない従来形の２レベルインバータによる運転と同様となる。即ち、ＩＧＢＴＴ３とＴ５からＩＧＢＴＴ７を介して、電動機１０に電圧Ｅｄ１を供給している時に、ＩＧＢＴＴ７又はＴ８が故障した場合、ＩＧＢＴＴ２をオンさせることにより、電動機１０には電圧Ｅｄ１＋Ｅｄ２が印加され、運転を継続できる。
【００１０】
また、図２５にメイン側素子が破壊した場合における動作で、インバータ運転の続行が可能となる退避動作を示す。この場合、破壊した素子の存在する相の中間素子を常時オンさせ、また破壊していない相の中間素子を常時オフさせてインバータ運転を行うシステムとなる。本システムは従来の入出力１線共通形のＶ結線の２レベルインバータによる運転と同様となる。
【００１１】
但し、図２４、図２５とも破壊したアームは主回路的に開放状態となっていることが前提となる。
以上の３レベルインバータの回路例および半導体素子故障時の退避システムについては、特許文献１に、またＩＧＢＴの電源短絡電流保護方式については特許文献２に、各々示されている。
【００１２】
図１７に３レベルインバータを構成するための１相分のパワー半導体モジュールの概略外形図を示す。また図１８と図１９にはその内部構成図を示す。
一般にパワー半導体モジュールはベースプレート２６上にセラミックなどで構成された絶縁基板２７が設置され、絶縁基板２７上に各主回路電位となる銅はくによるパターン（２８〜３１）が形成され、それらパターン上に半導体チップ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ７、Ｔ８、Ｄ１、Ｄ２）が半田などによって固定設置される。また各配線はワイヤボンディング３８によって実施されることが多い。一般にワイヤボンディング方式は容易に実現できるが、半導体チップが発生する熱の伝達は、全て直下の絶縁基板を介してなされるため、放熱特性があまり良くない。
【００１３】
一方、図２０、図２１にワイヤボンディングを使用しない方式を示す。基本は半導体チップの下面側のみならず上面側にも電極を配することで、半導体チップの上面側と下面側の両方から熱が伝達されるため、放熱特性はワイヤボンディング方式と比較して良好となる。
図２０は、半導体チップ３９の上面側と下面側の両方から接続導体４０、４１を介して圧力をかける方式である。圧力をかけて半導体チップと電極とを接触させることで電気的導通を可能としている。また図２１は半導体チップの上面側に銅電極４２を直接接続する方式である。
ＩＧＢＴモジュールの構成例としては、特許文献３などに示されている。
【００１４】
半導体チップのコレクタ面とエミッタ面の両方から圧力をかけて導体と接続する方式例は、特許文献４に記載されている。
また半導体チップと電極との接続を銅電極で実施している例は、非特許文献１に掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１１−２４３６９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８８４１６号公報
【特許文献３】特開２００８−１９３７７９号公報
【特許文献４】特開２００１−２４１８３号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】富士時報２００５年１月第１号、８６ページ、富士電機株式会社著
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように、従来技術において、特定のスイッチ素子が破壊した場合においても、インバータ運転を続行させるためには、破壊した半導体スイッチのアームを主回路側から電気的に開放する必要がある。そのためには、各スイッチ素子と直列にヒューズを接続する方式（特許第３９２６６１８号公報など参照）があるが、ヒューズは物理的に大きく、高価であり、またヒューズを接続したことによって配線長が延びるため、配線インダクタンス値が大きくなることでスイッチング時のサージ電圧が高くなり、結果的に高耐圧のスイッチ素子が必要となるという課題が発生する。
【００１８】
従って、本発明の課題は、小型、低価格で、故障したスイッチ素子のアームを確実に電気的に開放する方式を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、直流から交流又は交流から直流に電力変換する電力変換回路であって、2個直列接続された直流電源と、前記直流電源と並列接続されるそれぞれダイオードを逆並列接続した第１及び第2の半導体スイッチを直列接続した半導体スイッチ直列回路と、前記半導体スイッチ直列回路の直列接続点と前記直流電源の直列接続点との間に接続される双方向性の半導体スイッチと、で構成した電力変換回路において、前記半導体スイッチ又はダイオードが故障又は破壊した場合に、前記半導体スイッチ又はダイオードの主電流が流れる各相アームの正極側又は負極側、又は前記双方向性の半導体スイッチの一方の端子側に、電気的に開放する開放手段を設ける。
【００２０】
第２の発明においては、第1の発明における開放手段は、前記故障又は破壊した半導体チップによって流れる電源短絡電流検知手段からの信号により、作動する。
第３の発明においては、第1の発明における開放手段は、故障又は破壊した半導体スイッチ又はダイオードの過熱現象を利用して作動する。
【００２１】
第４の発明においては、第2の発明における開放手段は、前記半導体チップ直下に接続される導電体を、前記半導体チップから電気的に絶縁して設置することにより実現する。
第５の発明においては、第4の発明における開放手段は、前記導電体を電気的に絶縁するために、前記導電体に接続されたアクチュエータを用いて、前記導電体を物理的に移動させることにより実現する。
【００２２】
第６の発明においては、第5の発明におけるアクチュエータとして、電磁力を利用した機器又は形状記憶合金を利用する。
第７の発明においては、第2の発明における開放手段は、前記半導体チップから直流電源部又は交流出力部に配線する導体に設ける。
【００２３】
第８の発明においては、第7の発明における開放手段は、半導体チップと直流電源部もしくは交流出力部を配線する導体を少なくとも２分割にし、２分割された第１と第２の導体間に第３の導電体を設け、前記第３の導電体を前記第３の導電体に接続されたアクチュエータを用いて物理的に移動させ、第１と第２の導体を絶縁する。
【００２４】
第９の発明においては、第8の発明におけるアクチュエータとして、機械的ばね、磁石、電磁石、又は形状記憶合金を利用する。
第１０の発明においては、第２の発明における開放手段は、前記半導体チップと他回路へ配線する電極とを、電気的に導通させるために用いられる機械的な加圧手段を取り除き、その排除によって前記半導体チップと前記電極とを電気的に絶縁する。
【００２５】
第１１の発明においては、第１０の発明における機械的な加圧手段は、板ばねとする。
第１２の発明においては、第２の発明における開放手段は、前記半導体チップと直流電源部もしくは交流出力部を配線する導体を少なくとも２分割し、２分割された第１と第２の導体間を、電気的に導通させるために用いられる機械的な加圧手段を取り除き、その排除によって前記第１の導体と前記第２の導体とを電気的に絶縁する。
【００２６】
第１３の発明においては、第１２の発明における機械的な加圧手段は板ばねとする。
第１４の発明においては、第３の発明における開放手段は、前記半導体チップの直下に充填された物質が、前記半導体チップの過熱によって、変形、融解又は昇華することにより実現する。
【００２７】
第１５の発明においては、第１４の発明における半導体チップの過熱によって変形、融解又は昇華する物質として、形状記憶合金、低融点の金属又は導電性接着剤を利用する。
第１６の発明においては、第３の発明における開放手段は、前記半導体チップから外部へ配線される導体が、前記半導体チップの過熱によって金属の熱物性値の変化に伴い変形する現象を利用する。
【００２８】
第１７の発明においては、第３の発明における開放手段は、前記半導体チップから外部へ配線される導体の一部が、前記半導体チップの過熱によって、変形、融解又は昇華することで実現する。
【００２９】
第１８の発明においては、第１７の発明における半導体チップの過熱によって変形、融解又は昇華する物質として、形状記憶合金、低融点の金属又は導電性接着剤を利用する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、３レベル電力変換回路の半導体素子故障時の運転を続行するため、半導体スイッチ又はダイオードの主電流が流れる各相アームの正極側又は負極側に、電気的に開放する開放手段を設け、故障素子を直流電源から切離すようにする。この開放手段は、電源短絡電流の検出による能動的な作用、過熱による物性的変化を利用した作用に基づいた構造的な手法である。この結果、装置が小型、低価格で、半導体素子故障時の運転の続行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構造図である。
【図２】本発明の第１の実施例の具体例を示す構造図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す構造図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す構造図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す構造図である。
【図６】本発明の第５の実施例の原理図である。
【図７】第５の実施例の具体的構造図である。
【図８】第６の実施例を示す構造図である。
【図９】第７の実施例概念図である。
【図１０】第７の概念図を具体化した構造図である。
【図１１】第８の実施例を示す構造図である。
【図１２】第９の実施例を示す構造図である。
【図１３】３レベルインバータの回路図である。
【図１４】３レベルインバータの出力電圧波形例である。
【図１５】３レベルインバータの制御システム図である。
【図１６】短絡電流検出回路例である。
【図１７】３レベルインバータ用ＩＧＢＴモジュールの概略外形図である。
【図１８】インバータ用ＩＧＢＴモジュールの内部配置図平面図である。
【図１９】インバータ用ＩＧＢＴモジュールの内部配置図側面図である。
【図２０】両面導体による接続図例である。
【図２１】銅電極による内部の接続図である。
【図２２】中間素子故障時の動作説明図である。
【図２３】メイン素子故障時の動作説明図である。
【図２４】中間素子故障後の運転続行動作説明図である。
【図２５】メイン素子故障後の運転続行動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の要点は、３レベル電力変換回路の半導体素子故障時の運転を続行するため、半導体スイッチ又はダイオードの主電流が流れる各相アームの正極側又は負極側、又は双方向性の半導体スイッチの一方の端子側に、電気的に開放（絶縁）する開放手段を設け、故障素子を直流電源から切離すようにする。この開放手段は、電源短絡電流の検出による能動的な作用、過熱による物性的変化を利用した作用に基づいた手法である。
【実施例１】
【００３３】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。
図２０に示す半導体チップ３９と導体４０、４１を用いた従来構造例に対して、半導体チップ３９と導体４０との間に導電体４３を挿入し、導電体４３にはアクチュエータ４４が接続される。アクチュエータ４４は、制御回路１２からの信号４５によって動作する。信号４５が出力される故障したチップのアームは、アーム短絡検知したゲート駆動回路からの信号１６によって判定され出力される。
【００３４】
短絡故障時に、信号４５によって、アクチュエータ４４を作動させることで、導電体４３を物理的に移動（同図（ｂ））させ、故障した半導体チップ３９と導体４０との間を電気的に絶縁する構成とすることで、故障したアームに電流が流れることを防止する。
【００３５】
アクチュエータの作動には、ばね弾性を利用した機械的な手段や、磁石や電磁力を利用した電磁接触器、モータなどで容易に実現できる。
図２に、アクチュエータとしてばね４６を利用した構成を示す。素子故障時は、制御回路からの信号４５により、ばねの弾性力が開放し（ばねを引き伸ばしている要因を切断などの手段によって開放）、その復元力によって導電体４３が物理的に移動（同図（ｂ））する構成である。
【実施例２】
【００３６】
図３に、本発明の第２の実施例を示す。電気的な導通状態を確保するために、導体４０と４１とを両側から圧力を加えて押さえるクリップ状の板ばね４７を、信号４５によって駆動された図示していないアクチュエータによって物理的に移動（同図（ｂ））させることで、電極間に加えられていた機械的圧力が開放し、導体４０と半導体チップ３９とを電気的に絶縁する構成で、故障したアームに電流が流れることを防止する。
【実施例３】
【００３７】
図４に、本発明の第３の実施例を示す。半導体チップ３９と導体４０との間に挿入された導電体４８に形状記憶合金を適用し、アーム短絡電流による過熱によって導体４８が形状記憶動作によって変形（厚さｔａ＞ｔｂとなる）し、変形することによって導体４０又は４１と半導体チップ３９とが電気的に導通状態から絶縁状態に移行（同図（ｂ））する構成である。
【実施例４】
【００３８】
図５に、本発明の第４の実施例を示す。半導体チップ３９と導体４０との間に挿入された導電体４９がアーム短絡電流による過熱により、融解又は昇華し（同図（ｂ）、導体４０又は４１と半導体チップ３９とが電気的に絶縁される構成である。
【００３９】
高温で融解又は昇華する物質として、低融点（半導体が適用可能な絶対最大温度定格よりも若干高い温度で溶融）の半田などが挙げられる。
【実施例５】
【００４０】
図６に、３相ブリッジインバータ回路の各相のダイオードを逆並列接続したＩＧＢＴのコレクタと直流電源の正極側Ｐとの間を開放する構造の概念を図６（ａ）に、各相のダイオードを逆並列接続したＩＧＢＴのエミッタと直流電源の負極側Ｎとの間を開放する構造の概念を図６（ｂ）に、各々示す。図７に具体的な構造として実施例５を示す。配線導体を５０と５１に２分割し、導体５０と５１の間に別の導電体５２を挿入した構成である。第１の実施例と同様に、信号４５によって駆動される図示していないアクチュエータを作動させることで、導電体５２を物理的に移動（同図（ｂ））させ、導体５０と導体５１とが電気的に絶縁される構成である。この作動の結果、本アームに電流が流れることを防止する。尚、双方向性の半導体スイッチについても、同様の構造を一方の端子に備えることにより、故障時主回路から開放することができる。
【実施例６】
【００４１】
図８に、図6の概念に基づいた実施例６の構造図を示す。２分割された導体５０と５１の両側からクリップ状の板ばね５３で加圧して電気的接続を確保する構造である。第1の実施例と同様に、信号４５によって駆動される図示していないアクチュエータを作動させることで、板ばね５３を物理的に移動（同図（ｂ））させ、導体５０と導体５１とを電気的に絶縁する構成である。この作動の結果、本アームに電流が流れることを防止する。
【実施例７】
【００４２】
図９に実施例７の概念図を示す。半導体チップ３９を両側から導体電極４０、４１で挟み、片方の導体を２分割し（４０と５５）、それらの電気的接続を両側から加えられた圧力により確保する構成である。アーム短絡電流による半導体チップの過熱による金属導体の熱物性値の変化（線膨張率による）に伴って、半導体チップが搭載されている導体４０が変形し、導体４０と導体５５とが電気的に絶縁される原理である。図１０に図９の上面からの概略図を示す。導体４０が膨張することで導体同士の接合部（５６）が電気的に絶縁される様子（同図（ｂ））を示す。
【実施例８】
【００４３】
図１１に、実施例８を示す。図９の概念に基づいた構成で、半導体チップ３９から外部へ配線される導体が、半導体チップの過熱によって変形する導電材料を適用した例である。例えばチップが搭載されている導体４０を形状記憶合金とし、半導体チップの過熱によって同図（ｂ）または同図（ｃ）のように変形することで、導体同士の接合部（５６）が電気的に絶縁される。
【実施例９】
【００４４】
図１２に、実施例９を示す。図９の概念に基づいた構成で、半導体チップ３９から外部へ配線される導体が、３分割（４０、５７、５５）され、半導体チップの過熱によって導体５７が融解又は昇華した例（図（ｂ）、（ｃ））である。その結果、導体４０と導体５５が電気的に絶縁される構成である。
【００４５】
高温で融解または昇華する物質として低融点の半田などが挙げられる。
尚、半導体スイッチ素子としてＩＧＢＴを用いた実施例を示したが、ＭＯＳＦＥＴやＧＴＯなどでも同様に実現できる。
【００４６】
また、本提案は主回路として３レベルのインバータを対象としたが、半導体チップが故障した際に、そのアームを主回路から電気的に分離する必要がある電力変換回路を適用したシステムのすべてに適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、電力変換装置で使用する半導体素子が故障した場合にその素子を切離し、残りの健全な半導体素子で運転を継続する場合の構造的な手段の提供であり、電気自動車、エレベータ駆動装置などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１、２・・・直流電源          １０・・・電動機          １２・・・制御回路
１７・・・センスＩＧＢＴ          １８、１９・・・抵抗
２６・・・ベースプレート          ２７・・・絶縁基板
２８〜３１・・・銅はくパターン          ３８・・・ワイヤボンディング
３９・・・半導体チップ          ４０、４１、５５、５７・・・導体
４２・・・銅電極          ４３・・・導電体          ４４・・・アクチュエータ
Ｔ１〜Ｔ６・・・ＩＧＢＴ          Ｔ７〜Ｔ１２・・・逆阻止形ＩＧＢＴ
Ｄ１〜Ｄ６、１４ａ〜１４ｄ・・・ダイオード
１１ａ〜１１ｄ・・・ゲート駆動回路
１５ａ〜１５ｄ・・・検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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